Question

（07年山東理綜·29）（15分）鐵及鐵的化合物應用廣泛，如FeCl₃可用作催化劑、印刷電路銅板腐蝕劑和外傷止血劑等。

（1）寫出FeCl₃溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式                   。

（2）若將（1）中的反應設計成原電池，請畫出原電池的裝置圖，標出正、負極，并寫出電極反應式。

正極反應                           負投反應                       。

（3）腐蝕銅板后的混合溶液中，若Cu^2＋、Fe^3＋和Fe^2＋的濃度均為0.10mol·L^－1，請參照下表給出的數據和藥品，簡述除去CuCl₂溶液中Fe^3＋和Fe^2＋的實驗步驟              。

	氫氧化物開始沉淀時的pH	氫氧化物沉淀完全時的pH
Fe3＋	1.9	3.2
Fe2＋	7.0	9.0
Cu2＋	4.7	6.7
提供的藥品：Cl2  濃H2SO4  NaOH溶液  CuO  Cu

（4）某科研人員發現劣質不銹鋼在酸中腐蝕緩慢，但在某些鹽溶液中腐蝕現象明顯。請從上表提供的藥品中選擇兩種（水可任選），設計最佳實驗，驗證劣質不銹鋼易被腐蝕。

有關反應的化學方程式                                                    

劣質不銹鋼腐蝕的實驗現象                                               

Answer 1

（1）2Fe^3＋＋Cu＝2Fe^2＋＋Cu^2＋

（2）

正極反應：Fe^3＋＋e^－＝Fe^2＋（或2Fe^3＋＋2e^－＝2Fe^2＋）

負極反應：Cu＝2Cu^2＋＋2e^－（或Cu－2e^－＝Cu^2＋）

（3）①通入足量氯氣將Fe^2＋氧化成Fe^3＋；②加入CuO調節溶液的pH至3.2～4.7；③過濾（除去Fe(OH)₃）

（4）CuO＋H₂SO₄＝CuSO₄＋H₂O  CuSO₄＋Fe＝FeSO₄＋Cu

不銹鋼表面有紫紅色物質生成

解析:

（1）Fe³⁺具有強氧化性，可以把一些金屬單質如鐵、銅等氧化成相應的離子，Fe³⁺腐蝕銅制電路板利用的就是這個原理，反應的離子方程式是：2Fe³⁺ + Cu====2Fe²⁺ + Cu²⁺。

（2）由反應2Fe³⁺ + Cu====2Fe²⁺ + Cu²⁺可以判斷出銅化合價升高，發生氧化反應，銅做負極，鐵元素化合價降低，Fe³⁺ 發生還原反應，正極可以選用石墨棒，電解質溶液可以選用氯化鐵溶液。回憶并仿照教材上的銅鋅原電池裝置，可以畫出此原電池的裝置圖，裝置圖見答案。發生的電極反應為：

正極反應：Fe^3＋＋e^－＝Fe^2＋（或2Fe^3＋＋2e^－＝2Fe^2＋）

負極反應：Cu＝2Cu^2＋＋2e^－（或Cu－2e^－＝Cu^2＋）。

（3）除雜時，要把雜質全部除去，又不能引入新的雜質。根據題給信息可知：Fe³⁺的氫氧化物從開始沉淀到沉淀完全的pH范圍是1.9～3.2，Fe²⁺的氫氧化物從開始沉淀到沉淀完全的pH范圍是7.0～9.0，Cu²⁺的氫氧化物從開始沉淀到沉淀完全的pH范圍是4.7～6.7。當pH為3.2時Fe³⁺完全沉淀，此時Cu²⁺不會沉淀，要使Fe²⁺完全沉淀需要使溶液的pH為9.0，此時Cu²⁺已經完全沉淀。因此，若要除去CuCl₂溶液中的Fe³⁺、Fe²⁺，需要將Fe²⁺全部轉化為Fe³⁺，采取的措施是向溶液中同入過量的氯氣；為了不引入其它雜質，可以向溶液中加入CuO調節溶液的pH范圍在3.2～4.7之間，此時Fe³⁺完全沉淀；最后過濾，即可得到純凈的氯化銅溶液。實驗步驟見答案。

（4）不銹鋼在某些鹽溶液中比在酸溶液中腐蝕明顯，說明這些鹽溶液中的金屬陽離子的氧化性比H⁺的氧化性強，即這些金屬在金屬活動性順序位于氫的后面。要設計實驗驗證劣質不銹鋼易被腐蝕，需要有容易與鐵反應的鹽，根據提供的藥品可知這種鹽是硫酸銅，制取硫酸銅的最佳方案是用氧化銅與稀硫酸反應制取，這種方法比濃硫酸與銅反應節省硫酸，并且不產生污染環境的SO₂ 。實驗步驟是：①用適量水將濃硫酸稀釋制取稀硫酸，②用氧化銅與稀硫酸反應制取硫酸銅，③將不銹鋼加入硫酸銅溶液中觀察現象。有關化學方程式和實驗現象見答案。